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Die überraschende Kooperation zweier mutierter Gene: Wie verändert sie unser Verständnis der Genetik?
In der Welt der Biologie kann die Interaktion von Genen ziemlich mysteriös und komplex sein. Geninteraktionsnetzwerke stellen die funktionellen Interaktionen zwischen zwei Genen dar, die uns nicht nur helfen, die Beziehung zwischen Genotyp und Phänotyp zu verstehen, sondern auch viele Geheimnisse der menschlichen Genetik enthüllen. Die meisten Gene kodieren nicht für einen bestimmten Phänotyp, sondern das Zusammenspiel mehrerer Gene beeinflusst gemeinsam die Ausbildung des Phänotyps.
„Jedes Individuum trägt etwa 4 Millionen genetische Varianten und Polymorphismen in sich, von denen die überwiegende Mehrheit nicht direkt als unabhängige Ursache eines bestimmten Phänotyps bezeichnet werden kann.“
Studien haben gezeigt, dass Wechselwirkungen zwischen genetischen Varianten und Umweltbedingungen den von einem Genotyp hervorgebrachten Phänotyp weitgehend bestimmen können. Daher kann das Verständnis von Geninteraktionsnetzwerken wertvolle Erkenntnisse liefern und dazu beitragen, die Mechanismen komplexer Krankheiten zu entschlüsseln. Eine direkte Kartierung genetischer Interaktionsnetzwerke beim Menschen war jedoch bisher nicht möglich, da es nicht möglich war, Individuen mit einzelnen genetischen Varianten zu isolieren. Die Forscher hoffen, dass sie durch das Verständnis der Eigenschaften genetischer Interaktionsnetzwerke in geeigneten Organismen Werkzeuge für den Aufbau genetischer Interaktionsnetzwerke beim Menschen bereitstellen können.
Übersicht über genetische Interaktionen
Genetische Interaktionen treten auf, wenn die Wechselwirkung zwischen zwei oder mehr Genen dazu führt, dass ein Phänotyp vom erwarteten abweicht. Beispielsweise deutet ein starker Phänotyp üblicherweise auf eine geringe Fitness hin, während ein schwacher Phänotyp nahe an der Fitness des nicht mutierten Stamms liegen kann. Ein gängiger Phänotyp zum Studium genetischer Interaktionen ist die Fitness, die die relativen Reproduktionsraten von Mutanten misst.
„Eine genetische Interaktion wird als der Unterschied zwischen dem experimentell gemessenen Doppelmutantenphänotyp und dem erwarteten Doppelmutantenphänotyp definiert.“
Der Phänotyp eines Doppelmutanten kann sich entweder als negative oder als positive genetische Interaktion manifestieren. Negative genetische Interaktionen treten auf, wenn der Phänotyp eines Doppelmutanten stärker ausgeprägt ist als erwartet. Ein Sonderfall ist die synthetische letale Interaktion, bei der die Entfernung eines einzelnen Gens dem Organismus keinen signifikanten Schaden zufügt, die Entfernung beider Gene den Organismus jedoch lebensunfähig macht. Alternativ bedeutet eine positive genetische Interaktion, dass der Phänotyp des Doppelmutanten schwächer ist als erwartet. Die Kriterien zur Messung von Interaktionen zwischen Genen müssen auf den Phänotypen basieren, wenn keine Interaktion der Gene zu erwarten ist. Gängige Modelle sind das Minimummodell, das additive Modell und das multiplikative Modell. Wenn Fitness als Phänotyp verwendet wird, schneidet das multiplikative Modell am besten ab.
Eigenschaften genetischer Interaktionsnetzwerke
Genetische Interaktionsnetzwerke wurden bei verschiedenen Organismen wie Hefe, Escherichia coli, Fadenwürmern und Fruchtfliegen ausführlich untersucht. Diese Studien enthüllen die topologische Struktur genetischer Interaktionsnetzwerke, wie sie Informationen über die Genfunktion liefern und die evolutionär konservierte Natur dieser Netzwerke. Die Forscher hoffen, dass sie durch das Verständnis der allgemeinen Eigenschaften genetischer Interaktionsnetzwerke und deren Kombination mit anderen biologischen Informationen, wie etwa Protein-Interaktionsnetzwerken, Rückschlüsse auf die genetischen Interaktionsnetzwerke anderer Organismen, etwa des Menschen, ziehen können.
„Die Knotenpunkte genetischer Interaktionsnetzwerke sind oft essentielle Proteine, und diese Interaktionen liefern Informationen über die funktionelle Relevanz zweier Gene.“
Gen-Interaktionsprofile unterstützen den Aufbau von Genähnlichkeitsnetzwerken, die die Funktionen nicht charakterisierter Gene vorhersagen können. Einige Studien haben untersucht, wie man die Erhaltung dieser genetischen Netzwerke über evolutionäre Distanzen hinweg analysieren kann. Obwohl noch nicht klar ist, wie konserviert einzelne Geninteraktionen sind, scheinen allgemeine Eigenschaften genetischer Interaktionsnetzwerke erhalten zu bleiben, darunter die Funktionen von Netzwerkknoten und genetischer Interaktion Profile. Vorhersagefähigkeiten.
Biologische Bedeutung
Das Verständnis genetischer Interaktionen ist entscheidend für die Verknüpfung von Genotyp und Phänotyp. Als Erklärung für fehlende Erblichkeit wurden etwa genetische Interaktionen vorgeschlagen. Fehlende Erblichkeit bedeutet, dass die genetischen Quellen vieler vererbbarer Phänotypen noch nicht entdeckt wurden. Angesichts der Tatsache, dass genetische Interaktionen über paarweise Interaktionen zwischen Genen hinausgehen können, verfügen sie über das größte Potenzial, die Erklärungskraft bekannter Genursprünge zu erhöhen und so dazu beizutragen, die Herausforderungen zu verringern, die sich durch fehlende Erblichkeit ergeben.
Wenn wir das Netzwerk der Geninteraktionen weiter erforschen, finden wir möglicherweise weitere Antworten auf die Geheimnisse der Genetik. Wie werden diese Antworten unser Verständnis von uns selbst beeinflussen?
